차세대반도체중 FRAM,MRAM,PRAM에 대하여

소개글

차세대반도체중 FRAM,MRAM,PRAM에 대하여에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. PRAM(Phase change Random Access Memory)
1. 상변화 기술이론
2. PRAM
3. 국내의 기술개발 현황
Ⅱ. FRAM (Ferroelectrics Random Access Memory)
1. FRAM의 도입
2. 이상적인 비휘발성 메모리, FRAM
3. 전기분극 벡터의 중요성
4. 잔류분극을 이용한 2진법 메모리, FRAM
5. FRAM 커패시터로서 요구되는 강유전 박막의 물성
6. 대표적인 강유전 박막과 신소재의 개발
7. FRAM의 종류
8. 박막의 필요성과 방법
Ⅲ. MRAM (Magnetic Random Access Memory)
1. 자기기록기술
2. 자기저항 (magnetoresistance)
3. 자기저항 메카니즘
4. MRAM이란
5. MRAM의 기본 원리
6. MRAM의 구조
7. 스핀트로닉스(Spintronics)
8. 향후 전망
Ⅳ. PRAM, FRAM, MRAM의 비교
1. PRAM 소자의 장점과 단점
2. FRAM 소자의 장점과 단점
3. MRAM 소자의 장점과 단점
4. 메모리의 구성비교

본문내용

과 소비 전력이 낮아서 휴대용전자기기에 응용이 가능
- DRAM과 SRAM들과는 달리 정보의 보존 능력이 뛰어남.
(2) 단점
- 재료와 관련된 피로현상과 회로설계상의 집적화문제로 나뉘어짐.
⊙ 피로현상 : 피로현상이란 분역의 반전이 반복되면서 반전가능 분극의 크기가 줄어드는 fatigue, (+)항전계와 (-)항전계가 달라지는 imprint, 저장되어있던 분극의 크기가 시간이 지남에 따라 줄어드는 retention을 종합하는 개념으로 그중에서 fatigue가 가장 큰 문제임.
a. 원인
: 분극반전시 산소공공의 축적에 domain wall pinning과 기계적인 변형이 반복되면서 남은 잔류응력에 의한 domain wall pinning이 주요인
b. 해결방안
ⅰ) Modified PZT 제조 : 순수 PZT에 Zn, Nb, La등의 donor를 첨가하여 피로현상의 한 원인인 산소공공의 농도를 감소시키고자 함.
ⅱ) 전극물질개선 : 전극물질을 산소 이온이 통과할 수 있는 산화물로 대체 ex) (La,Sr)CoO3 RuO2, IrO2
ⅲ) PZT외의 신조성개발 : 산소 공공의 농도가 적은 새로운 강유전체 물질을 개발
ex) SrBi2Ta2O9, SrBi2Nb2O9, Bi4-xLaxTi3O12
⊙ 집적화와 관련된 문제
- 기존의 DRAM과 동일한 회로설계방식과 cell 구조를 사용하였음에도 불구하고 cell 면적은 DRAM과 비교하여 약 4배에 달함.
- FRAM의 집적도가 DRAM에 비하여 떨어지는 이유는 1T-1C 구조를 기억소자에서 트랜지스터와 캐패시터가 각각의 면적을 차지하는데 기인
- FRAM에서는 별도의 면적이 필요한 이유는 공정 기술과 관계되는데 유전체 박막을 Si 기판위에 쉽게 캐패시터를 형성할 수 없기 때문임.
- 적절한 전극물질과 보호막을 개발하여 Si 위에 강유전체 박막을 직접 증착하므로써 집적화를 높이기 위한 연구들이 현재 진행중임.
3. MRAM의 장점과 단점
(1)장점
불휘발성 메모리로서 SRAM과 동등한 수준으로 고속 읽기/쓰기가 가능하며 DRAM과
같이 고집적화할 수 있는 새로운 메모리인 MRAM (Magnetic Random Access Memory)의 잠재능력이 시제품 제작으로 입증되면서 새로운 메모리로서 시장에 진출할 채비를 갖추어 가고 있다
MRAM은 SRAM 수준으로 고속 읽기쓰기가 가능하고 DRAM과 같이 고집적화가 가능하 면서 불휘발성 메모리인 것이 최대 장점이다.
현재 사용하고 있는 플래쉬 메모리의 단점은 바로 속도와 사용전력에 있다. 데이터를 읽을 때는 그렇게 큰 차이가 나지는 않지만 데이터를 기록할 때에는 일반 DRAM보다 무려 1000배 정도 느리다는 단점이 있다. 물론 기록시의 전력소모도 상당히 높다.
반면에 DRAM의 경우에는 속도는 빠른 반면에 전기를 계속 공급해 주지 않으면 기록되어 있는 내용이 지워진다는 단점이 있다. DRAM의 맨 앞에 있는 D는 전기적으로 계속 충전 시켜줘야 하는 DRAM의 특성을 나타내는 dynamic의 약자다.
이러한 DRAM과 플래쉬 메모리의 장점 즉, 읽고 쓰는 속도가 빠르고 소비전력이 적으면서도 전원이 끊어져도 자료를 그대로 가지고 있는 메모리가 바로 MRAM이다.
이 MRAM은 무한대의 기록재생에 대해 열화가 없으며, 200 C정도의 고온에서도 동작하는 것으로 알려졌다. 따라서 군사적용도 및 우주항공 분야에 적합하며, 우주 공간에서의 라디에이션 손상에 영향을 받지 않는 특징도 있다.
이에 더하여, 30 nsec 정도로 고속 작동이 가능하며, 공정적으로 고집적화 및 고속화가 가능하고, 소비 에너지가 적으며, 비휘발성이므로 리부팅 및 데이터의 저장 안정성 면에서 기존 메모리에 비해 탁월한 특징이 기대된다.
(2) 단점
. 기록시의 소비전력 절감
- MRAM은 데이터 기록시 필요한 전류가 크기 때문에 소비전력이 큰 것이 현재로서는 단점
- 현행 기술을 그대로 적용하여 1Mb, 1Gb로 용량을 증가시키면 소비전력이 같은 용량의 SRAM이나 DRAM보다 큰 것으로 분석되고 있음
- 이 문제를 해결할 수 있는 방향으로 제시되고 있는 것은 기억소자로 이용되고 있는 TMR소자의 스위칭자계를 줄이는 것으로 IBM이 이러한 연구를 진행하고 있음
- 스위칭자계를 줄일 수 있으면 데이터 기록에 필요한 전류를 줄일 수 있으며 이론상 스위칭자계를 1/10로 하면 기록시 필요한 소비전류도 1/10로 하는 것이 가능
. 집적도 향상
- 소비전력화와 함께 MRAM의 실용화를 위해 해결해야 할 중요한 과제는 고집적화
- A회사는 메모리셀을 구성하는 소자 수를 절반으로 줄여 DRAM과 동등한 크기로 축소시킬 계획이며 이에 필요한 TMR의 Magnetic Ratio(MR비)를 40%까지 향상시키는 기술확보가 가능한 것으로 예측하고 있음
- B회사는 MR비가 35%인 TMR소자를 사용한 셀구조를 실현시켰으며 공정을 최적화하면 DRAM과 동등한 셀면적이 실현 가능할 것으로 전망
- MRAM 제조상의 또 다른 과제는 열처리시의 TMR의 열화인데 제조시 필요한 열처리가 250 이하의 저온에서 이루어져야 하며(현재의 CMOS 반도체 공정에서는 400 - 450 ) 이를 해결하기 위한 플라즈마 방전을 이용한 공정 등의 연구도 진행되고 있음
4. 메모리의 구성비교
[표3] 각 메모리의 구성 비교
참고문헌
1. 비휘발성 메모리 소자 기술동향 / KIST / 허운행
2. 상변화 메모리 소자설계용 요소기술 개발에 관한 연구 / 과학기술부
3. 차세대 메모리 / 한국과학기술정보연구원 / 최붕기, 배국진, 김지영
4. 차세대 반도체 개발동향 / 한국과학기술정보연구원 / 김상철, 김석진, 나도백
5. 반도체관련 소재 / 한국과학기술정보연구원 / 김기일, 장태종, 손종구
6. 나노 정보저장장치 기술 / 한국과학기술정보연구원 / 이일형
7.
http://mulli2.kps.or.kr/~pht/9-12/001237.htm
8.
http://drm.kist.re.kr/DLC/R&D_DB/KVS23-MD(Co-Al).ppt
9.
http://diamond.kist.re.kr/cerapedia/product/jgl012.html

키워드

PRAM,   FRAM,   MRAM,   차세대반도체,   차세대메모리,   DRAM,   반도체 발전방향